JPH11326472A - 電池の残容量計 - Google Patents
電池の残容量計Info
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- JPH11326472A JPH11326472A JP10132183A JP13218398A JPH11326472A JP H11326472 A JPH11326472 A JP H11326472A JP 10132183 A JP10132183 A JP 10132183A JP 13218398 A JP13218398 A JP 13218398A JP H11326472 A JPH11326472 A JP H11326472A
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Abstract
検出して表示する。 【解決手段】 電池の出力可能電力の低下率が所定値を
越える充電状態SOC3をSOC100%とするととも
に、入力可能電力と出力可能電力とが等しい充電状態S
OC4をSOC0%とし、電池のSOC100%時の開
放端子電圧と、SOC0%時の開放端子電圧と、電圧検
出器により検出した電池の開放端子電圧とに基づいて電
池のSOCを求め、そのSOCにより残容量を表示す
る。これにより、新品の電池の容量と劣化した電池の容
量とが見かけ上、ほぼ等しくなり、電池が劣化しても見
かけ上の容量が減少せず、電池のSOCを開放端子電圧
で容易に検知できる上に、電池が劣化しても実際の残容
量が残容量表示値よりも少なくなるようなことがない。
Description
測する計測器に関する。
ate Of Charge)を検出して残存容量を表示する電池の
残容量計が知られている。
容量が減少する性質がある。図8に、同一種類で同一形
式の新品の電池と充放電を繰り返して性能が劣化した電
池との、SOCに対する開放端子電圧の特性を示す。図
から明らかなように、満充電状態(SOC100%)か
ら放電終止電圧V1に達するまで放電を行った場合に、
新品の電池では、完全放電状態(SOC1)から満充電
状態までC1の容量があるのに対し、劣化品の電池で
は、完全放電状態(SOC2)から満充電状態までC2
の容量しかない。
ける容量を基準にして残容量を表示すると、電池の劣化
が進むにしたがって残容量表示値よりも実際の残容量が
少なくなってしまう、という問題がある。
検出誤差をなくすためには、満充電(SOC100%)
になるまで充電した後、放電終止電圧まで完全に放電し
(SOC0%)、使用時点の容量を知る必要がある。
ーを走行駆動限とするハイブリッド車両では、モーター
に電力を供給する電池のSOCが低下すると、エンジン
駆動発電機により発電して電池の充電を行っており、通
常は完全放電状態まで放電することはない。また、ハイ
ブリッド車両では減速時にモーターにより回生制動を行
うので、回生時の充電能力を確保するために、通常はエ
ンジン駆動発電機で満充電状態まで充電することはな
い。つまり、ハイブリッド車両では、小型で小容量の電
池を用いて、常にSOCが所定の範囲内に入るように充
放電制御が行われるので、電池が満充電状態および完全
放電状態になることがなく、したがって、使用時点の容
量を知ることができず、正確な残容量を検出できないと
いう問題がある。
池の正確な残容量を検出して表示することにある。
示す図4に対応づけて請求項1の発明を説明すると、請
求項1の発明は、電池の出力可能電力の低下率が所定値
を越える充電状態(SOC3)をSOC100%とする
とともに、入力可能電力と出力可能電力とが等しい充電
状態(SOC4)をSOC0%とし、電池のSOC10
0%時の開放端子電圧と、SOC0%時の開放端子電圧
と、電圧検出器により検出した電池の開放端子電圧とに
基づいて電池のSOCを求め、そのSOCにより残容量
を表示することにより、上記目的を達成する。 (2) 一実施の形態を示す図5に対応づけて請求項2
の発明を説明すると、請求項2の電池は複数のセルが直
列に接続されたリチウム・イオン組電池であり、セルの
開放電圧が略3.9Vの時の充電状態(SOC5,SO
C7)をSOC100%とするとともに、セルの開放電
圧が略3.5Vの時の充電状態(SOC6,SOC8)
をSOC0%とし、電圧検出器により検出した電池の開
放端子電圧に基づいてセルの開放電圧を算出し、算出し
たセルの開放電圧により電池のSOCを求め、そのSO
Cにより残容量を表示するようにしたものである。 (3) 請求項3の電池の残容量計は、SOCが100
%を越えた時は、電流検出器により検出した電池の充放
電電流を積算してSOCを求めるようにしたものであ
る。 (4) 請求項4の電池の残容量計は、100%以上の
SOCに対する電池の開放端子電圧特性と予め設定した
劣化時の開放端子電圧特性とを比較して電池の寿命を判
定するようにしたものである。
は、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を
用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定され
るものではない。
によれば、新品の電池の容量と劣化した電池の容量とが
見かけ上、ほぼ等しくなり、電池が劣化しても見かけ上
の容量が減少せず、電池のSOCを開放端子電圧で容易
に検知できる上に、電池が劣化しても実際の残容量が残
容量表示値よりも少なくなるようなことがない。 (2) 請求項3の発明によれば、SOCが100%を
越えた場合でも残容量を表示することができる。 (3) 請求項4の発明によれば、電池の寿命を正確に
判定できる。
した一実施の形態を説明する。図1は一実施の形態の構
成を示す図である。図において、太い実線は機械力の伝
達経路を示し、太い破線は電力線を示す。また、細い実
線は制御線を示し、二重線は油圧系統を示す。この車両
のパワートレインは、モーター1、エンジン2、クラッ
チ3、モーター4、無段変速機5、減速装置6、差動装
置7および駆動輪8から構成される。モーター1の出力
軸、エンジン2の出力軸およびクラッチ3の入力軸は互
いに連結されており、また、クラッチ3の出力軸、モー
ター4の出力軸および無段変速機5の入力軸は互いに連
結されている。
4が車両の推進源となり、クラッチ3解放時はモーター
4のみが車両の推進源となる。エンジン2および/また
はモーター4の駆動力は、無段変速機5、減速装置6お
よび差動装置7を介して駆動輪8へ伝達される。無段変
速機5には油圧装置9から圧油が供給され、ベルトのク
ランプと潤滑がなされる。油圧装置9のオイルポンプ
(不図示)はモーター10により駆動される。
は三相誘導電動機などの交流機であり、モーター1は主
としてエンジン始動と発電に用いられ、モーター4は主
として車両の推進と制動に用いられる。また、モーター
10は油圧装置9のオイルポンプ駆動用である。なお、
モーター1,4,10には交流機に限らず直流電動機を
用いることもできる。また、クラッチ3締結時に、モー
ター1を車両の推進と制動に用いることもでき、モータ
ー4をエンジン始動や発電に用いることもできる。
達トルクを調節することができる。なお、このクラッチ
3に乾式単板クラッチや湿式多板クラッチを用いること
もできる。無段変速機5はベルト式やトロイダル式など
の無段変速機であり、変速比を無段階に調節することが
できる。
ーター11,12,13により駆動される。なお、モー
ター1,4,10に直流電動機を用いる場合には、イン
バーターの代わりにDC/DCコンバーターを用いる。
インバーター11〜13は共通のDCリンク14を介し
てメインバッテリー15に接続されており、メインバッ
テリー15の直流充電電力を交流電力に変換してモータ
ー1,4,10へ供給するとともに、モーター1,4の
交流発電電力を直流電力に変換してメインバッテリー1
5を充電する。インバーター11〜13は互いにDCリ
ンク14を介して接続されているので、回生運転中のモ
ーターにより発電された電力をメインバッテリー15を
介さずに直接、力行運転中のモーターへ供給することが
できる。なお、この明細書では電池とバッテリーとを同
義として用いる。
ーターとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備
え、エンジン2の回転速度、出力およびトルク、クラッ
チ3の伝達トルク、モーター1,4,10の回転速度お
よびトルク、無段変速機5の変速比、メインバッテリー
15の充放電などを制御する。コントローラー16に
は、図2に示すように、電圧センサー17、電流センサ
ー18、残容量計19などが接続されている。電圧セン
サー17はメインバッテリー15の端子a、b間の電圧
VBを検出し、電流センサー18はメインバッテリー1
5の充放電電流IBを検出する。また、残容量計19は
メインバッテリー15の残容量を表示する。
ように定義する。図3に、電池のSOCに対する出力
(放電)可能電力の特性を示す。一般に電池は、SOC
に比例して出力可能電力が増加するが、あるSOCを越
えると出力可能電力が飽和する性質がある。この実施の
形態では、SOCの変化率に対して出力可能電力の変化
率が急に変化する屈曲点の充電状態、換言すれば、電池
の出力可能電力の低下率が所定値を越える充電状態をS
OC100%と定義する。図3に示す例では、SOC3
の前後で出力可能電力の変化率が急変しており、SOC
3を100%とする。
するセルの開放電圧が3.9V付近に上記屈曲点がある
ので、電池セルの開放電圧が3.9Vの充電状態をSO
C100%とする。
電)可能電力と入力(充電)可能電力の特性を示す。一
般に電池は、SOCに比例して出力可能電力が増加する
とともに、SOCに反比例して入力可能電力が減少す
る。この実施の形態では、電池の出力可能電力と入力可
能電力とが等しい充電状態をSOC0%と定義する。図
4に示す例では、SOC4の点で出力可能電力と入力可
能電力とが等しく、SOC4を0%とする。
るセルの開放電圧が3.5V付近に、上述した入出力可
能電力が等しい点があるので、電池セルの開放電圧が
3.5Vの充電状態をSOC0%とする。
組電池の、SOCに対するセル電圧特性を示す。新品の
リチウム・イオン組電池では、セルの開放電圧が3.9
Vの充電状態SOC5を100%にするとともに、セル
の開放電圧が3.5Vの充電状態SOC6を0%にす
る。したがって、新品状態の電池容量は(SOC5−S
OC6)で、C3となる。
は、セルの開放電圧が3.9Vの充電状態SOC7を1
00%にするとともに、セルの開放電圧が3.5Vの充
電状態SOC8を0%にする。したがって、劣化状態の
電池容量は(SOC7−SOC8)で、C4となる。
Cは、新品、劣化品とも、SOC−セル開放電圧特性か
らセル開放電圧検出値に対応するSOCを求める。
のSOCの定義方法によれば、新品の電池の容量C3
と、劣化状態の電池の容量C4とが見かけ上、ほぼ等し
くなり、電池が劣化しても見かけ上の容量が減少しな
い。これにより、電池のSOCをセルの開放電圧で容易
に検知できる上に、電池が劣化しても実際の残容量が残
容量表示値よりも少なくなるようなことはない。
する。車両の通常の走行では、メインバッテリー15は
インバーター11〜13を介して充放電が行われるの
で、まず、インバーター11〜13によりメインバッテ
リー15の充放電が停止された期間に、メインバッテリ
ー15の端子a,b間の電圧VBを電圧センサー17に
より検出する。この端子電圧VBの検出値はメインバッ
テリー15の開放端子電圧VB0である。次に、このメイ
ンバッテリー15の開放端子電圧VB0を直列に接続され
るセル数nで除し、セルの開放電圧VC0を求める。
止される期間が限られた期間しかなく、メインバッテリ
ー15の開放端子電圧VB0を頻繁に検出できない場合に
は、充放電電流IBが所定範囲内(−Ik≦IB≦+I
k)にある時の端子電圧を開放端子電圧VB0としても、
誤差は少ないと考えられる。
法では、組電池全体の開放電圧VBOをセル数nで除して
求める例を示したが、セルごとに開放電圧を検出するセ
ンサーを設けてそれらの平均値をセル開放電圧VCOとす
るか、あるいは最大値または最小値をセル開放電圧VCO
としてもよい。最大値を選択した場合には過充電を防止
することができ、最小値を選択した場合には過放電を防
止することができる。
電圧VB0をさらに正確に検出するには、メインバッテリ
ー15の放電中に端子電圧VBと放電電流IBをサンプリ
ングし、サンプリングデータの直線回帰によりメインバ
ッテリー15のV−I特性を算出して開放端子電圧VB0
を推定する。この方法によれば、車両の運航中、常にメ
インバッテリー15の充放電が行われていても、メイン
バッテリー15の正確な開放端子電圧VB0を求めること
ができ、これにより正確なバッテリー残容量を検出でき
る。
バッテリーは端子電圧が高く、多くのセルが直列に接続
されている。通常、これらのセル間の電圧を均一にする
ために、各セルに電圧検出回路とバイパス回路から成る
電圧バランス回路が接続されている。この実施の形態で
は、上記方法により決定したSOC100%と0%に基
づいてバッテリーの充放電制御を行うとともに、電圧バ
ランス回路による電圧調整をSOC100%に対応する
セル電圧以下で行う。例えば、リチウム・イオン電池で
は、3.9V以下でセル間の電圧のばらつきを調整す
る。
OCの決定方法を、リチウム・イオン組電池を例に上げ
て説明する。図6は、SOCが100%を越えた場合の
新品と劣化品の電池セルの開放電圧特性を示す。上述し
たように、セル電圧が3.5Vの充電状態をSOC0%
とし、セル電圧が3.9Vの充電状態をSOC100%
とするので、SOC100%までは新品と劣化品の特性
差がない。電池セルの開放電圧が3.9Vを越えた場合
には、それ以後のメインバッテリー15の充放電電流I
Bを積算し、それによりSOCを算出する。SOCが1
00%を越えると、新品と劣化品との容量差が現れ、同
一のSOCでも劣化の程度が大きいほどセルの開放電圧
が高くなる。
精度は、電流センサー18の電流検出精度に依存し、S
OC算出値が大きくなるほど誤差が累積する。したがっ
て、電流積算方法によるSOCの算出は所定のSOCを
上限とし、それ以上はSOCの算出を行わないようにし
てもよい。
ば、SOCが100%を越えた後のSOCに対する開放
電圧の特性は同様になるので、予め劣化状態のSOC−
開放電圧特性を測定しておき、使用中のバッテリーのS
OC−開放電圧特性が予め測定した特性と一致したら、
そのバッテリーが寿命に達したと判断してもよい。
すフローチャートである。このフローチャートにより、
一実施の形態の動作を説明する。コントローラー16
は、車両のキースイッチ(不図示)がオンされるとこの
残容量検出処理を所定時間ごとに繰り返し実行する。ま
ずステップ1において、電圧センサー17によりメイン
バッテリー15の開放端子電圧VB0を検出する。上述し
たように、メインバッテリー15の充放電が行われてい
る時には、充放電電流IBが所定範囲内にある時の端子
電圧VBを開放端子電圧VB0とするか、あるいは放電中
の端子電圧VBと電流IBのサンプリング値から直線回帰
により開放端子電圧VB0を推定してもよい。
VB0から電池セルの開放電圧Vcを算出し、セル開放電
圧Vcが3.9Vを越えているかどうかを判定する。セ
ル開放電圧Vcが3.9V以下の時はステップ3へ進
み、予め測定されたSOC−セル開放電圧特性からセル
開放電圧VCに対応するSOCを表引き演算し、メイン
バッテリー15のSOCを推定する。一方、セル開放電
圧VCが3.9Vを越えている時はステップ4へ進み、
電流センサー18により検出した充放電電流IBを積算
してSOCを算出する。ステップ5で、推定もしくは算
出したSOCによりメインバッテリー15の残容量を残
容量計19に表示する。
ッド車両に本発明を適用した例を説明したが、本発明は
上記以外の種類のハイブリッド車両を含む各種電気自動
車の電池に適用することができる。もちろん、電気自動
車以外の電池にも適用することができる。
・イオン電池を例に上げて説明したが、本発明は、例え
ばニッケル・水素電池やリチウム・ポリマー電池など
の、リチウム・イオン電池以外の種類の電池にも適用す
ることができる。
ある。
する図である。
図である。
る。
態のSOCの算出方法を説明する図である。
チャートである。
Claims (4)
- 【請求項1】 電池の出力可能電力の低下率が所定値を
越える充電状態をSOC100%とするとともに、入力
可能電力と出力可能電力とが等しい充電状態をSOC0
%とし、前記電池のSOC100%時の開放端子電圧
と、SOC0%時の開放端子電圧と、電圧検出器により
検出した前記電池の開放端子電圧とに基づいて前記電池
のSOCを求め、そのSOCにより残容量を表示するこ
とを特徴とする電池の残容量計。 - 【請求項2】 請求項1に記載の電池の残容量計におい
て、 前記電池は複数のセルが直列に接続されたリチウム・イ
オン組電池であり、セルの開放電圧が略3.9Vの時の
充電状態をSOC100%とするとともに、セルの開放
電圧が略3.5Vの時の充電状態をSOC0%とし、前
記電圧検出器により検出した前記電池の開放端子電圧に
基づいてセルの開放電圧を算出し、算出したセルの開放
電圧により前記電池のSOCを求めることを特徴とする
電池の残容量計。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の電池の
残容量計において、 前記SOCが100%を越えた時は、電流検出器により
検出した前記電池の充放電電流を積算してSOCを求め
ることを特徴とする電池の残容量計。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかの項に記載の電
池の残容量計において、 100%以上のSOCに対する前記電池の開放端子電圧
特性と予め設定した劣化時の開放端子電圧特性とを比較
して前記電池の寿命を判定することを特徴とする電池の
残容量計。
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